CN106268599B - 一种尿液实时自动配比收集装置 - Google Patents

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Abstract

一种尿液实时自动配比收集装置，包括：预处理剂注入模块(1)、预处理剂密封模块(2)、预处理剂容器(3)、预处理剂重量传感器(4)、预处理剂容积定量添加模块(5)、冲洗水注入模块(6)、冲洗水密封模块(7)、冲洗水容器(8)、冲洗水重量传感器(10)、冲洗水容积定量添加模块(9)、尿液注入模块(11)、集中控制模块(12)、尿液密封模块(13)、尿液配比收集容器(14)、尿液重量传感器(15)。本装置克服了预处理剂人工添加操作下时效性差，控制精度低安全风险大等问题，能够实现尿液配比收集流程的全自动化，适应空间站环控生保项目地面试验需要。

Description

一种尿液实时自动配比收集装置
技术领域
本发明是一种尿液实时自动配比收集的装置，主要用于载人空间站环控生保子***地面试验过程中用于尿液自动预处理及收集。
背景技术
载人空间站环控生保***为航天员在空间环境下提供水、气等生存必须的资源，空间站尿处理子***是将预处理后的尿液进行净化处理，为后级水处理***中的尿蒸馏水净化装置提供尿液蒸馏水，用于电解制氧。预处理剂的作用主要是抑制原尿在储存收集细菌滋生，并去除尿液的异味。在地面试验阶段，原尿在进入环控生保尿处理子***净化前需要按照1000:3的比例添加预处理剂，控制精度要求不大于0.2ml，尿液收集以及预处理剂的按比例添加均人员手工操作，人工操作存在以下不足：
1)预处理剂人工添加，往往是待尿液收集到一定数量后(基本需要1-2周时间)，再往原尿内添加预处理剂，预处理剂添加的时效性较差；
2)预处理剂人工添加，添加量完全由人为控制，精度控制不高；
3)预处理剂具有强酸性，pH值接近1，人工添加存在安全风险；
针对上述问题，需要一种能够实时根据尿液量按比例添加预处理剂，提高预处理剂添加效果，并能自动完成添加和收集，降低人员操作风险的装置来满足尿液预处理的需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种实时自动完成尿液预处理剂添加并完成尿液收集的装置，解决现有的人工添加时效差，精度低及安全风险大等问题。
一种尿液实时自动配比收集装置，包括：预处理剂容积定量添加模块(5)、冲洗水容积定量添加模块(9)、尿液配比收集容器(14)、尿液重量传感器(15)、集中控制模块(12)，其中尿液重量传感器(15)实时测量计算尿液配比收集容器(14)中的尿液增加量，集中控制模块(12)按照比例计算出需要加注的预处理剂量及冲洗水量并控制预处理剂容积定量添加模块(5)及冲洗水容积定量添加模块(9)将预处理剂及冲洗水加注到尿液配比收集容器(14)。
进一步地，还包括预处理剂注入模块(1)、预处理剂容器(3)、冲洗水注入模块(6)、冲洗水容器(8)、尿液注入模块(11)、其中预处理剂通过预处理剂注入模块(1)注入到预处理剂容器(3)中，冲洗水通过冲洗水注入模块(6)注入到冲洗水容器(8)中，尿液通过尿液注入模块(11)注入到尿液配比收集容器(14)中。
进一步地，预处理剂容器(3)、冲洗水容器(8)、尿液配比收集容器(14)上分别设置有预处理剂密封模块(2)，冲洗水密封模块(7)，尿液密封模块(13)，所述密封模块(2、7、13)上均设置有密封盖，密封盖上均连接有两处阀门，一处连接大气，一处连接液体注入模块，注入液体时，两处阀门均打开，保证所注入液体能顺利往下流入容器，液体注入完毕，两处均关闭。
进一步地，所述尿液注入模块(11)内加装筛网，以进行过滤，所述尿液注入模块(11)与尿液配比收集容器(14)之间设置有注入开关。
进一步地，所述预处理剂为浓硫酸，铬酸钾及水的混合物，其重量比为15-25:1-4:1，所述冲洗水为超纯水或去离子水，尿液/预处理剂＝(0.8-1.2)L/(1.5-3.5)ml；尿液/冲洗水＝(0.8-1.1)L/(85-110)ml。
进一步地，所述预处理剂为浓硫酸，铬酸钾及水的混合物，其重量比为20:2:1，所述冲洗水为超纯水或去离子水，尿液/预处理剂＝1L/3ml；尿液/冲洗水＝1L/100ml。
进一步地，预处理剂容积定量添加模块(5)、冲洗水容积定量添加模块(9)通过蠕动泵进行定量精确添加。
进一步地，所述预处理剂容器(3)、冲洗水容器(8)下面分别设置有预处理剂重量传感器(4)和冲洗水重量传感器(10)，用于测量预处理剂和冲洗水容器的重量以获得液体缺少以及过量的信息。
进一步地，尿液收集配比容器(14)连接有可更换尿箱(16),液面过高后，需要将尿液注入至可更换尿箱，并将尿箱取出进行处理，处理后需要再次装入。
进一步地，还包括:
电源模块(17)，用于给尿液实时自动配比收集装置供电；
外壳(18)，在内部结构设置安装基座、支撑基体，为预处理剂和冲洗水的添加接口、触摸屏接口、USB接口等人机接口预留安装位置。
脚轮(19)，安装在外壳(18)底部，所述脚轮(19)能够方便的自锁，自锁后设备稳定摆放，不会出现滑溜现象。
进一步地，预处理剂注入模块及冲洗水加注模块分别设置在装置上方的两侧，采用耐强酸的高分子材料制作，预处理剂的定量添加模块和冲洗水定量添加模块采用非金属材料，预处理剂注入模块及冲洗水注入模块容器均采用聚四氟乙烯整体加工制造,定量添加模块外接管路采用聚四氟乙烯软管，而蠕动泵内部采用聚丙烯橡胶软管。
更进一步地，提供一种使用上述装置对尿液实时自动配比收集的方法，其特征在于，所述预处理剂为浓硫酸，铬酸钾及水的混合物，其重量比为15-25:1-4:1，所述冲洗水为超纯水或去离子水，尿液/预处理剂＝(0.8-1.2)L/(1.5-3.5)ml；尿液/冲洗水＝(0.8-1.1)L/(85-110)ml。
本装置克服了预处理剂人工添加操作下时效性差，控制精度低安全风险大等问题，能够实现尿液配比收集流程的全自动化，适应空间站环控生保项目地面试验需要。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1一种尿液实时自动配比收集装置结构图；
1.预处理剂注入模块 2.预处理剂密封模块 3.预处理剂容器 4.预处理剂重量传感器 5.预处理剂容积定量添加模块 6.冲洗水注入模块 7.冲洗水密封模块 8.冲洗水容器 9.冲洗水容积定量添加模块 10.冲洗水重量传感器 11.尿液注入模块 12.集中控制模块13.尿液密封模块 14.尿液配比收集容器 15.尿液重量传感器 16.可更换尿箱 17.电源模块 18.外壳 19.胶轮
图2密封模块原理图
20.空气 21.注液口 22.阀门一 23.阀门二 24.液体 25.密封盖 26.容器 27.容积定量添加模块 28.管路
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
一种尿液实时自动配比收集装置，包括：容积定量添加模块(预处理剂5、冲洗水9)、尿液注入模块11、冲洗水注入模块6，预处理剂注入模块1、智能密封模块(尿液13、预处理剂及冲洗水)、重量传感器模块(尿液15、预处理剂4及冲洗水10)，还包括：集中控制模块12、电源模块17、外壳18、脚轮19等。
设备外壳为方便尿液的收集参照小便池进行设计，尺寸规格以便于使用为准。外壳不仅满足观感舒适、易用，还合理地在内部结构设置安装基座、支撑基体，为预处理剂和冲洗水的添加接口、触摸屏接口、USB接口等人机接口预留安装位置。为便于使用，外观对接口进行明确的功能标注，以及必要的安全性警示标注，例如预处理剂注入口，标注强酸警示。
考虑到易于搬运和摆放，装置配备有脚轮模块，脚轮能够方便的自锁，自锁后设备稳定摆放，不会出现滑溜现象。
尿液、预处理剂、冲洗水三种液体都通过各自的注入模块从外部注入到设备内部对应的容器中。所述预处理剂为浓硫酸，铬酸钾及水的混合物，其重量比为20:2:1，所述冲洗水为超纯水或去离子水，尿液/预处理剂＝1L/3ml；尿液/冲洗水＝1L/100ml。为方便尿液的收集，尿液注入模块设置在装置的正面中部，由于其外漏部分多，开口面积大，为防止掉入异物，尿液注入模块内加装筛网进行过滤；同时由于尿液注入时机的不确定性，以及尿液配比处理过程存在向外飞溅酸性液体的危险性，尿液注入模块设置有注入开关，在尿液配比处理前，关闭注入开关，以保证处理过程的稳定性以及安全性。预处理剂注入模块及冲洗水加注模块分别设置在装置上方的两侧，采用耐强酸的高分子材料制作，并加装防尘盖，方便耐用。
***含两个容积定量添加模块，容积定量添加模块是在尿液配比过程中根据尿液的重量按比例添加预处理剂和冲洗水。集中控制***计算预处理剂和冲洗水的添加体积后，由容积定量添加模块向尿液收集、配比容器添加预处理剂和冲洗水。预处理剂的定量添加模块同样采用非金属材料，能够耐受90％的浓硫酸。冲洗水定量添加模块精度要求为±5mL，预处理剂添加模块精度要求为±0.2mL。容积定量添加设备主要有注射泵和蠕动泵，注射泵取样精度很高，但其价格昂贵，且体积相对较大、功耗高，蠕动泵是用于精确输送液体体积的装置，其突出特点是计量的准确性和超强的自吸能力，其流量范围一般为0.0002-8000L/h，能满足本项目对效率的要求，蠕动泵相对注射泵而言，体积和功耗要小几倍甚至十几倍。蠕动泵精度可达±0.02mL以上，本***要求的最高精度±0.2mL能轻松胜任。综合考虑成本、体积及功耗等因素，尿液收集工装中容积定量添加模块的核心部件采用蠕动泵。
设备内部预处理剂容器和尿液收集、配比容器中都盛放强酸性或酸性液体，如果设备严重倾斜或翻倒，不仅对内部结构件造成腐蚀，造成电路故障，酸性液体流出设备将造成严重的安全隐患，外流酸性液体的处理也十分麻烦，为此***内三个容器——尿液收集配比容器、预处理剂容器、冲洗水容器——进行密封，使液体不能外泄。如果进行简单的密封，由于气压原因，外部注入液体以及内部抽取液体都将遇到困难，为此，在注入液体以及内部抽取液体时，必须使对应容器连通大气。密封模块就是既实现容器密封功能，又保证液体流动时气压平衡的模块。密封模块上连接两处阀门，一处连接大气，一处连接液体注入模块。平时，两处阀门均关闭，容积定量添加模块不工作，液体被密封盖密封在容器中，设备倾倒不会导致液体洒到设备内部，更不会导致液体流出设备外；容积定量添加模块工作时，连接大气阀门打开，空气经阀门进入容器，弥补容器内部降低的气压，保证容积定量添加模块正常抽取液体；注入液体时，两处阀门均打开，保证所注入液体能顺利往下流入容器，液体注入完毕，两处均关闭。其原理图如图2所示。
重量传感器模块负责对三种液体的重量进行采集，尿液的重量主要作为配比计算的基准，同时做历史记录用；预处理剂和冲洗水的重量主要用于液体缺少以及过量的提示。
集中控制模块采集重量传感器的输入，根据尿液容器新增重量计算出预处理剂和冲洗水的添加量，控制容积定量添加模块完成添加操作；根据尿液配比溶液、预处理剂、冲洗水的当前重量，控制对应的LED告警模块发出液面过低告警、液面过高告警或者正常指示；根据用户在触摸屏的操作，完成配比比例设定，历史数据传输等功能。
电源模块为控制***供电，电源模块具备充电、蓄电功能。
尿液收集配比容器液面过高后，需要将尿液注入至可更换尿箱，并将尿箱取出进行处理，处理后需要再次装入。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，包括：预处理剂容积定量添加模块(5)、冲洗水容积定量添加模块(9)、尿液配比收集容器(14)、尿液重量传感器(15)、集中控制模块(12)，其中尿液重量传感器(15)实时测量计算尿液配比收集容器(14)中的尿液增加量，集中控制模块(12)按照比例计算出需要加注的预处理剂量及冲洗水量并控制预处理剂容积定量添加模块(5)及冲洗水容积定量添加模块(9)将预处理剂及冲洗水加注到尿液配比收集容器(14)。
2.如权利要求1所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，还包括预处理剂注入模块(1)、预处理剂容器(3)、冲洗水注入模块(6)、冲洗水容器(8)、尿液注入模块(11)、其中预处理剂通过预处理剂注入模块(1)注入到预处理剂容器(3)中，冲洗水通过冲洗水注入模块(6)注入到冲洗水容器(8)中，尿液通过尿液注入模块(11)注入到尿液配比收集容器(14)中。
3.如权利要求1或2所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，预处理剂容器(3)、冲洗水容器(8)、尿液配比收集容器(14)上分别设置有预处理剂密封模块(2)，冲洗水密封模块(7)，尿液密封模块(13)，所述密封模块(2、7、13)上均设置有密封盖，密封盖上均连接有两处阀门，一处连接大气，一处连接液体注入模块，注入液体时，两处阀门均打开，保证所注入液体能顺利往下流入容器，液体注入完毕，两处均关闭。
4.如权利要求2所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，所述尿液注入模块(11)内加装筛网，以进行过滤，所述尿液注入模块(11)与尿液配比收集容器(14)之间设置有注入开关。
5.如权利要求3所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，预处理剂容积定量添加模块(5)、冲洗水容积定量添加模块(9)通过蠕动泵进行定量精确添加。
6.如权利要求1或2所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，所述预处理剂容器(3)、冲洗水容器(8)下面分别设置有预处理剂重量传感器(4)和冲洗水重量传感器(10)，用于测量预处理剂和冲洗水容器的重量以获得液体缺少以及过量的信息。
7.如权利要求6所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，尿液收集配比容器(14)连接有可更换尿箱(16),液面过高后，需要将尿液注入至可更换尿箱，并将尿箱取出进行处理，处理后需要再次装入。
8.权利要求1或2或7所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，还包括:
电源模块(17)，用于给尿液实时自动配比收集装置供电；
外壳(18)，在内部结构设置安装基座、支撑基体，为预处理剂和冲洗水的添加接口、触摸屏接口、USB接口预留安装位置；
脚轮(19)，安装在外壳(18)底部，所述脚轮(19)能够方便的自锁，自锁后设备稳定摆放，不会出现滑溜现象。
9.权利要求1或2或7所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，预处理剂注入模块及冲洗水注入模块分别设置在装置上方的两侧，采用耐强酸的高分子材料制作，预处理剂的定量添加模块和冲洗水定量添加模块采用非金属材料，预处理剂注入模块及冲洗水注入模块容器均采用聚四氟乙烯整体加工制造,定量添加模块外接管路采用聚四氟乙烯软管，而蠕动泵内部采用聚丙烯橡胶软管。
10.权利要求9所述的尿液实时自动配比收集装置，其特征在于，所述预处理剂为浓硫酸，铬酸钾及水的混合物，其重量比为15-25:1-4:1，所述冲洗水为超纯水或去离子水，尿液/预处理剂＝(0.8-1.2)L/(1.5-3.5)ml；尿液/冲洗水＝(0.8-1.1)L/(85-110)ml。
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